Квантне батерије наговештавају револуцију у пуњењу уређаја

Научници су направили први прототип квантне батерије на свету, а за разлику од конвенционалних батерија, она се пуни брже што је већег капацитета. Питање које се намеће након овог открића је да ли би ови необични уређаји једног дана могли да напајају квантне рачунаре, па чак и наш телефон?

Сви знамо да већој батерији обично треба више времена да се напуни. Зато лаптоп може да се пуни неколико сати, док електричном аутомобилу најчешће треба читава ноћ.

Барем је тако у свету на који смо навикли. Али у свету веома малих честица важе другачија правила. Квантна механика, наука која проучава материју на атомском и субатомском нивоу, „на неки начин окреће ту логику наглавачке“, каже Џејмс Квач, истраживач квантне науке у аустралијској националној научној агенцији CSIRO, пише Би-Би-Си (BBC).

Квач ради на развоју квантне батерије која се супротставља здравом разуму и пуни се брже што је већа. Као што неки очекују да ће квантни рачунари једног дана револуционисати рачунарство, Квач сматра да би слично могле да промене и квантне батерије.

Његов тим је у марту 2026. године направио важан корак напред, представивши, како наводе, први функционални прототип квантне батерије на свету.

Ова област је још у повоју, а квантна технологија сама по себи веома је сложена и тешко предвидива. Ипак, неки научници сматрају да би овакве батерије једног дана могле да напајају квантне уређаје, док њихови највећи заговорници верују да би могле да се користе чак и за пуњење уређаја које свакодневно користимо, попут телефона.

Други су, међутим, и даље веома скептични према њиховој практичној примени.

ФОТО: Jurik Peter/Shutterstock

Померање граница енергетике

Конвенционалне батерије ослањају се на хемијске реакције које кроз уређај који напајају покрећу више од десет милијарди електрона. Звучи импресивно, али неки истраживачи данас ову технологију сматрају застарелом.

– Упркос великим технолошким побољшањима, савремене батерије се и даље ослањају на електрохемијске процесе који су први пут истраживани пре више од два века – каже Дарио Фераро, ванредни професор физике на Универзитету у Ђенови.

Због тога су неки истраживачи почели да разматрају квантне батерије, односно батерије које се ослањају на квантне ефекте, а не на хемијске реакције.

Свет веома малих честица изузетно је необичан. Квантна механика обилује појавама које је тешко замислити, од „спрегнутих“ честица које утичу једна на другу на великим удаљеностима до времена које тече уназад.

Истраживања која су поставила темеље за развој квантних батерија у почетку су била вођена радозналошћу о томе који би закони класичне физике могли да престану да важе у квантном свету. Значајан рад објављен 2015. године показао је да би квантна спрегнутост могла да омогући да се квантне батерије пуне и празне ефикасније од конвенционалних.

– Кључна ствар је у томе што квантне батерије нису намењене складиштењу огромне количине енергије, већ њеном бржем испоручивању и бољој контроли – каже Фераро.

ФОТО: K illustrator Photo/Shutterstock

Нови прототип

Квач је испробао један од начина на који би ови квантни ефекти могли да се искористе за напајање батерије.

Он користи оптичку микрошупљину, експериментални систем у којем су два сићушна огледала постављена на удаљености од 100 нанометара, што је око хиљаду пута мање од дебљине људске длаке. Простор између огледала испуњава органским молекулима боје, а затим у њега усмерава ласерски зрак.

На овај начин светлост и молекули постају снажно повезани и формирају хибридна стања светлости и материје. То повећава способност система да апсорбује и складишти енергију, што је познато као супер апсорпција.

Управо је супер апсорпција заслужна за најнеобичније својство ове батерије. У класичној физици молекули се понашају као појединци, па сваки за себе апсорбује енергију независно од молекула који га окружују. Квантни ефекти, међутим, омогућавају да делују више као целина и да „синергијски делују“, објашњава Квач. То значи да се брзина апсорпције енергије повећава са бројем молекула.

Што је, дакле, више молекула, односно што је батерија већа, то се брже пуни. Квачевом прототипу потребне су фемтосекунде, односно квадрилионити делови секунде, да се напуни, док се енергија задржава неколико наносекунди, што је око милион пута дуже.

Квач и његов тим први пут су овај ефекат демонстрирали 2022. године. У марту 2026. направили су још један корак, успевши да из прототипа извуку електричну струју. При већим интензитетима, та струја би потенцијално могла да се користи за пуњење уређаја.

Квачев приступ са оптичком микрошупљином није једини начин за израду квантне батерије. Други приступ, на пример, користи суперпроводне материјале који се већ широко примењују у квантном рачунарству.

Једна од великих предности Квачевог дизајна је, међутим, то што функционише на собној температури. Суперпроводни системи раде само на криогеним температурама, почев од око минус 150 степени Целзијуса.

– То је у реду за квантне рачунаре, али није нарочито корисно ако желите да напајате мобилни телефон – каже Квач.

– Ако је циљ да се докаже да је предност квантног пуњења стварни физички ефекат, приступ са оптичком микрошупљином тренутно је најбољи избор – каже Мауро Патерностро, квантни физичар са Универзитета Квинс у Белфасту.

Ипак, Патерностро сматра да би суперпроводни дизајн дугорочно могао да има предност у практичној примени, јер је из њега лакше извући енергију.

– Микрошупљина омогућава изузетно лепу демонстрацију колективног ефекта, али је тешко контролисати извлачење енергије на начин који би био користан и усмерен – каже он.

ФОТО: Vink Fan/Shutterstock

Осетљиво квантно стање

Најновији Квачев експеримент представља први, још увек опрезан корак ка квантној батерији која би једног дана могла да замени конвенционалне батерије. За сада, међутим, прототип може да складишти само веома малу количину енергије, неколико милијарди електронволти, и то свега неколико наносекунди. За напајање уобичајених уређаја било би потребно да складишти знатно више енергије и да је задржи много дуже.

Квач каже да је то већ успео да постигне новим дизајном који је направио и да сада припрема научни рад о тим резултатима. Реч је о „хибридној структури“ која комбинује квантне компоненте, омогућавајући изузетно брзо пуњење, са класичним слојевима који омогућавају да се енергија дуже складишти.

Он планира и да повеже велики број микроскопских квантних батерија како би повећао њихов укупан капацитет.

– Ако успемо да урадимо те две ствари, бићемо на путу да напајамо конвенционални уређај – каже Квач.

Ипак, други научници остају скептични, јер су квантни ефекти познати по томе што су изузетно осетљиви и лако се нарушавају посматрањем или спољним утицајима.

– Интеракције са окружењем могу брзо да наруше квантне ефекте, ограничавајући и перформансе и могућност ширења технологије – каже Фераро. Решавање тог проблема је, додаје он, кључно je за прелазак квантних батерија из теорије у стварну примену.

ФОТО: Компас/Илустрација

Квантни свет

Ако квантне батерије икада достигну ниво потребан за практичну примену, њихов развој ће највероватније најпре утицати на квантно рачунарство. Квантни рачунари требало би једног дана да извршавају одређене задатке брже од најмоћнијих суперрачунара, а стручњаци упозоравају да би могли да представљају претњу глобалним системима шифровања.

Други су, међутим, много скептичнији. У једном недавном научном раду квантни рачунари су, на пример, наведени заједно са енергијом фузије и интерфејсима између мозга и рачунара као технологије за које се изнова тврди да су „на пет година од остварења“.

Квач, ипак, сматра да би у својој лабораторији могао да постигне да квантне батерије напајају квантне уређаје већ у наредних неколико година. Ако се то покаже могућим, квантни рачунари би могли да троше мање енергије, раде брже и имају мање грешака, што би омогућило њихово брже увећавање, тврди он.

Квач је мање сигуран када је реч о напајању конвенционалних уређаја. Сматра да би и то једног дана могло да постане изводљиво. Пошто се батерија пуни ласером, теоретски би могла да омогући и „пуњење електричних возила у вожњи“. Возачи тако више не би морали да заустављају возило како би га напунили.

Фераро, међутим, сумња да би квантне батерије икада могле да постану стандард ван квантних система.

– По мом мишљењу, мало је вероватно да ће квантне батерије заменити конвенционалне батерије у свакодневним уређајима попут мобилних телефона или електричних возила. Њихово природно подручје примене је квантни ниво –закључује Фераро.

Патерностро сматра да је највећи нерешени проблем управо то како искористити предност квантног пуњења, а истовремено енергију извући на контролисан и употребљив начин.

Ко то успе да реши, каже он, направиће прави пробој.